第一章 2.2 水量平衡.ppt

§2.2　水量平衡P47－51 国土资源学院 许武成教授主讲 §2.2　水量平衡P47－51 水量平衡原理 水量平衡方程 全球降水量和蒸发量沿纬度的分布 研究水量平衡的意义 一、水量平衡原理 对地球上的任何圈层或任何地段都是一个开放系统，既有水分的输入，又有水分的输出。根据物质不灭定律（质量守衡定律）： 对于地球上的任何一个地区在任意时段内，收入的水量与支出的水量之差额必然等于该地区在该时段内的蓄水变化量，这就叫水量平衡原理(Water Balance)。 水量平衡是水循环内存的规律，是水分循环的定量表达。水量平衡原理是研究各种水循环要素之间数量关系的基本原理，也是水资源量估算的基本出发点。 水量平衡的基本方程为： 式中，I为区域在给定时段内收入（输入）水量； O 为区域在给定时段内支出（输出）水量； S1/S2为区域在给定时段内的始末蓄水量; ΔS为区域在给定时段内的蓄水变量。 在多水期ΔS为 正值，表示蓄水量增加；在少水期ΔS为负值，表示蓄水量减少；在多年情况下ΔS 为零，表示多年中蓄水量平均起来是保持不变的。 水量平衡方程式是水分循环的数学表达式，根据不同的区域可建立不同的水量平衡方程。 二、水量平衡方程式（一）通用水量平衡方程 现以陆地上任一地区为研究对象，取其三度空间的闭合柱体，其上界为地表面，下界为地下无水分交换的深度。这样，对任一闭合柱体，任一时间内的水量收入I为： 式中：P—区域在给定时段内的降水量； E1 —水汽凝结量；R表、R地下 —分别为在给定时段内地表、地下流入区域内的径流量 则通用水量平衡方程式为 　随着观测手段和实验方法的不断发展，水量平衡研究也愈加详尽。如对上述闭合柱体分为若干个层次，分层研究水量的收支情况，建立各层的水量方程，则研究成果将会更加细致和精确。 （二）全球水量平衡方程 全球海洋收入水量有大气降水P和入海径流量R；支出水量有蒸发量E，则全球海洋水量平衡方程为： ?S＝S2－S1＝（P+R）－E 多年平均而论， ?S＝0，则有E0＝P0+R0，即全球海洋蒸发量大于降水量，海洋是大气水分和陆地降水的来源。海洋提供了海洋降水量的85%和陆地降水量的89% 2、全球陆地水量平衡方程 全球陆地在任一时段收入水量为大气降水P；支出水量有蒸发量E和地表、地下径流量R（入海径流量），则全球陆地水量平衡方程： ?S＝S2－S1＝P－（E＋R） 多年平均， ?S＝0，则P0＝E0＋R0，即全球陆地降水量大于蒸发量，以径流形式补充海洋，实现全球水量平衡。 3、全球水量平衡方程 降水、蒸发和径流在整个水循环中，是三个重要的环节，在全球水量平衡中，它们同样是最主要的因素。 全球海陆降水量之和等于全球海陆蒸发量之和，说明全球水量保持平衡，基本上长期不变。即多年平均有， P0＝E0。 注：关于全球水量平衡数据不同学者研究结果不一样。 表2－2　地球上的水量平衡（据UNICEF） （三）流域水量平衡方程1、闭合流域水量平衡方程 流域——指河流的集水区域（补给区域），即分水线所包含的区域，包括地表集水区和地下集水区。地表分水线与地下分水线完全重合一致的流域称为闭合流域；反之，二者不重合的流域为非闭合流域。 可见，闭合流域与相邻流域之间没有水量交换，因此其水量的收入I只有大气降水P；水量支出项目O有：蒸发量E和地表、地下径流量R（R＝Rs＋Rss＋Rg） 对于闭合流域来讲，由于地表分水线与地下分水线完全重合，在任一时段内的收入水量只有大气降水P，支出水量有蒸发量E和径流量R（含地表径流量Rs和地下径流量Rg），则闭合流域水量平衡方程为： 　　　　　　　　　　　　　 流域蓄水变量ΔS可正可负。但就多年平均情况，蓄水变量ΔS趋于零，即有 　　　　　　　　　　　　　　　　 式中，　、　、　　分别为流域多年平均降水量、蒸发量和径流量。 若上式两边同除以降水量 P0，得 令，　　，　　　则： 　　　α +β=1 式中，α为多年平均径流系数，表示降水量中转化为径流量的比例；β为多年平均蒸发系数，表示降水量中消耗于蒸发而转化为水汽的比例。 上式表明，流域多年平均条件下，径流系数与蒸发系数之和等于1。 因此，α和β综合反映了一个地区气候的干湿状况。干燥地区蒸发系数大，径流系数小，说明降水多数消耗于蒸发而产生径流少，水分不足。湿润地区蒸发系数小而径流系数大，说明降水量多数产生径流，而消耗于蒸发的少，水分丰沛。 由此可见，α和β可以用来作为地区干湿程度的衡量指标。例如，我国黄河流域α =0.15，长江流域α=0.51，表明长江流域比黄河流域湿润，水资源丰富。 表2-3 中国主要流域的水量平衡 2、非闭合流域水量平衡方程 严格地讲，地球上几乎不存在闭合流域。对于非闭合流域，由于地表分水线与地下分水线不一致，有相邻流域